DE2636655A1

DE2636655A1 - Hohltraeger fuer fahrzeuge und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2636655A1
Application number: DE19762636655
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Klie; Willi Prof Dr Ing Reidelbach; Hermann Renner
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1976-08-14
Filing date: 1976-08-14
Publication date: 1978-02-16
Also published as: US4288025A; US4194763A

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft
Stuttgart-Untertürkheim

Palm 11 11

11 .8.76

Hohlträger für Fahrzeuge und Verfahren zu seiner Herstellung

Di· Erfindung betrifft einen als Hohlprofil ausgebildeten Träger, insbesondere Längsträger eines Kraftfahrzeugrahmens ,mit einem Steßesergie verzehrenden verformbaren Abschnittt dessen Wandungen bereichsweise aufgrund einer die Festigkeit des Wandungsverkstoffes gegenüber unbehandelten Bereichen verändernden Behandlung dieser Bereiche unterschiedliche Festigungskeitseigenschaften aufweisen·

Neuzeitliche Personenkraftwagen weisen eine sehr formsteife Fahrgastzelle und davor und dahinter angeordnete gewollt naohgiebige Tragwerketrukturen auf. Diese sollen im Kollisionsfall sich deformieren und die Aufprallenergie Über eine gewisse Strecke und Zeit hiriweg aufzehren. Hierbei werden Träger der eingangs genannten Art in den Tragwerkstrukturen vorgesehen. Einen solchen Träger zeigt

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ζ. B. die DT-OS 2 ^29 W. Dabei sind die Wände des Hohlprofiles in Trägerlängsrichtung gerade ausgebildet. Die bisherigen Veröffentlichungen zur Ausgestaltung derartiger deformierbarer Träger sahen stets eine gezielte örtliche Schwächung der Trägerwandungen zur Einleitung von BeuIvorgangen im Kollisionsfall vor. Da jedoch der Träger für seine normale Tragfunktion eine bestimmte Mindestfestigkeit haben muß und damit die Verformungskraft über den Verformungsweg hinweg einen bestimmten möglichst gleichbleibend hohen Wert hat, war es nötig, dem in dieser Hinsicht durch die Schwachstellen geschwächten Träger aufgrund einer entsprechend großen Bemessung der Wandstärke eine genügende Tragfähigkeit zu geben. Die an sich gewollte örtliche Schwächung mußte also durch ein gewisses Mehr an Wandstärke kompensiert werden. Hierdurch wird der Träger schwer und teuer und der Bedarf an Rohstoff, hier also Stahl, wird vermehrt; im übrigen bedeutet jedes Mehr an Fahrzeuggewicht auch ein Mehr an Kraftstoffverbrauch.

Aufgabe der Erfindung ist es, Maßnahmen anzugeben, wie Träger der eingangs genannten Art ohne Punktioneeinbußen leichter gestaltet werden können. Diese Aufgabe wird bei einem Träger der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den behandelten Wandbereichen eine höhere Festigkeit als in den unbehandelten Bereichen (Grundfestigkeit) geschaffen wird.

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Die sogenannten Schwachstellen haben jetzt die Grundfestigkeit des Trägers und die ungeschwächten behandelten Bereiche des Trägers haben eine höhere PestigleLt. Es ist aber wichtig, daß der Werkstoff in diesem Bereich bei Raumtemperatur noch bleibend verformbar ist und nicht etwa bis zur Veraprödung verfestigt wurde. Ein erfindungsgemäßer Träger gleicher Abmessungen und Wandstärken wie ein herkömmlicher Träger hat daher eine höhere Festigkeit und ein höheres Energieaufnahmevermögen. Oder bei gleicher Tragfähigkeit bzw. bei gleichem Energieaufnahmevermögen kann ein erfindungsgemäßer Träger leichter ausgebildet werden als ein herkömmlicher Träger.

An dem Hohlträger werden im Schadensfalle zunächst die weicheren unbehandelten Bereiche mit der Grundfestigkeit sich einbeulen und in Falten legen. Wenn eine weitere Deformation der unbehandelten Bereiche nicht mehr erzielbar ist, werden bei anhaltender Kollisionskraft die anschließenden behandelten festeren Bereiche, ausgehend von den bereits gebildeten Beulen und Falten, sich ebenfalls einbeulen. Aufgrund dieser gestuften Einbeulung bei unterschiedlichen Kräften wird ein großes Energieaufnähmevermögen des Trägers erzielt.

Die behandelten Bereiche erstrecken sich streifenförmig in Uafangerichtung um den Hohlträger herum. Zweckmäßigerweise werden Mehrere behandelte Bereiche hoher Festigkeit im Abstand hintereinander angeordnet. Dadurch ergibt sich eine größere Anzahl von dazwischenliegenden schwächeren Bereichen, in denen das Einbeulen beginnen kann.

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Um ein möglichst hohes Energieaufnähmevermögeη des Trägers zu erhalten_t ist es zweckmäßig, wenn das je Bereich feststellbare Verhältnis von behandelter zu angrenzender unbehandelter Fläche von Bereich zu Bereich in Richtung auf der Fahrzeugmitte zu liegende Längspositionen des Trägers zunimmt. Aufgrund dieser Ausgestaltung nimmt die Tragfestigkeit in Stoßrichtung zu, d. h. es beulen zunächst die im Aufprallbereich zunächstliegenden Trägerabschnitte und im weiteren Kollisionsverlauf erst die weiter hinten liegenden Abschnitte.

Hohlträger der in Rede stehenden Art werden in der Regel aus wenigstens zwei Profil- oder Blechteilen gebildet, die entlang von wenigstens in grober Näherung in Trägerlängsrichtung verlaufenden Flanschnähten miteinander zu einem geschlossenen Tragprofil verbunden sind. Derartige Flanschnähte sind relativ steif und sie können ein Einbeulen aufgrund ihrer Steifigkeit verhindern oder verzögern. Um diesem Einfluß entgegenzuwirken, kann vorgesehen sein, daß die Flanschnähte lediglich im Bereich der höheren Festigkeit geschlossen und im übrigen unverschlossen sind·

Die Erfindung befaßt sich auch mit einem Verfahren zu Herstellen derartiger Träger und es liegt ihr in dieser Hinsicht die Aufgabe zugrunde, hier besonders geeignete Verfahrensweisen vorzuschlagen. Die Festigkeitssteigerung 'der behandelten Bereiche kann durch Kaltverfestigung und durch eine geeignete Wärmebehandlung erfolgen. Diese Verfahren können vor und nach dem Fertigstellen des Trägers angewandt werden. Eine besonders zweckmäßige Verfahrensweise liegt

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aber darin, die für den Träger erforderlichen Blechzuschnitte vor den Umformen dea Bleches in die Profilform bereichsweiee einer die Blechstärk· nicht oder nur unwesentlich verändernden wenigstens einmaligen Kaltverfestigung insbesondere einer Biegebehandlung zu unterziehenφ Die Bleche können innerhalb der zu behandelnden Bereiche gegebenenfalls mehrfach über Biegekanten definierter Krümmungslänge und bestimmter Krümmung hin und her gebogen werden« Bei dieser Verfahrensweise können die Streifen erhöhter Festigkeit parallel oder quer zur Walzrichtung des Bleches gelegt werden. Es können auch auf einem aufwickelbaren quasi endlosen Band durch eventuelle mehrfache vorübergehende Längssickungen mittels Walzen oder mittels Zieheisen und durch anschließende· Flachwalzen oder Flachziehen Längsstreifen mit erhöhter Featigkeit erzeugt werden· In ähnlicher Weise können durch gezielte örtliche Wärmebehandlung Streifen mit höheren Festigkeit seigenschaften auf einem aufwickelbaren Stahlband hergestellt werden. Bei der Arbeitsweise von der Rolle verlaufen die Streifen erhöhter Festigkeit parallel zur Walzrichtung, die dann später in Umfangsrichtung des Trägers zu liegen kommt·

Manchmal ist es aber wegen des komplizierten Zuschnittes der Bleche, aus denen ein Hohlträger besteht, und/oder wegen der Größe der Blechtafeln, aus denen erygefertigt wird, nicht vertretbar, eine örtlich gezielte Kaltverfestigung vor dem Herstellen des Hohlträgers an dem Blech anzubringen. Deshalb kann es gelegentlich zweckmäßiger sein, das fertiggestellte Hehlprofil einer örtlich gezielten Wärmebehandlung zur Werkstoff vergütung cu unterziehen.

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Um sicherzustellen, daß auch die Bereiche mit erhöhter Festigkeit noch bleibend deformierbar sind und Energie verzehren können, wird die Behandlung zur Erhöhung der Werkstoffestigkeit lediglich soweit ausgedehnt, daß der Werkstoff in den behandelten Bereichen noch fließfähig bei Raumtemperaturen bleibt.

Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten AusfUhrungsbeispieles nachfolgend noch kurz erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht einer PKW-Karosserie, deren Träger zeigend und

Fig. 2 eine Einzeldarstellung eines erfindungsgemäßen Trägers in gleicher Schrägansicht wie einer der Längs träger/in Fig. 1 ·

Die dargestellte PKW-Karosserie weist eine formetabile Fahrgastzelle 1 und einen im Kollisionsfalle gezielt deformierbaren Vorbau 2 sowie eine entsprechend gestaltete Heckpartie auf. Wesentlicher Bestandteil des Rahmens der selbsttragenden Karosserie ist ein Paar von als Hohlprofil gestalteten Längsträgern 3, die u. a. durch einen Querträger h miteinander verbunden sind und die im Bereich des Vorbaues aus zwei Abschnitten bestehen, deren einer äußere Abschnitt 5. vor dem Querträger 4, d. h. zur Fahrzeugaußenseite hin, und deren anderer innerer Abschnitt innerhalb des Querträgers liegt. Im Bereich des vorderen

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Querträgers k stützt sich die Karosserie auf der nicht dargestellten Vorderachse ab, d. h. der innere Längsträger 6
muß zusammen mit anderen tragenden Teilen der selbsttragenden Karosserie das Fahrzeuggewicht aufnehmen. Die äußeren
Längsträger 5 t die an ihrer Außenseite auch noch einmal
durch eine Quertraverse 7 verbunden sind« tragen im wesentlichen zusammen mit angrenzenden Karosserieteilen lediglich die vor dem Querträger k liegenden Karosserieteile und fangen die Längestöße auf die Stoßstange auf.

Neben den anderen mittragenden Karosserieteilen sind vor
allem die Träger der Karosserie und von diesen insbesondere die Längsträger so gestaltet, daß sie bei Stoßbelastung einbeulen und unter Aufnahme und Verbrauch der Stoßenergie
nachgeben. Hierbei soll das Energieaufnahmevermögen während der Einbeul- oder Crash-Zeit möglichst gleichmäßig auf
einem bestimmten relativ hohen aber erträglichen Maß verbleiben. Zugleich sollen aber die Träger nicht unnötig
schwer und dickwandig sein.

Aus diesem Grunde ist der Längsträger 3 in seinem Wandverlauf und in seiner Wandausbildung ohne Schwachstellen ausgebildet. Andererseits ist aufgrund einer inhomogenen Steifigkeit der Wandungen 8 und 9 des Trägers in sich dafür gesorgt, daß bei Stoßbelastung oberhalb eines kritischen
Grenzwertes an bestirnten örtlich begrenzten Stellen des
Träger· dieser sich einzubeulen beginnt und von welchen Einbeulstellen au· der Einbeulvorgang fort schieltet, bis die
ganz· Wandung gebeult ist. Erfindungsgemäß sind an den Wan-

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düngen 8 und 9 des Trägers in Umfangsrichtung sich erstreckende streifenförmig Bereiche 1o, 11, 12 vorgesehen, die aufgrund einer gezielten örtlichen Behandlung des Werkstoffes
e;Lne höhere Festigkeit besitzen als die dazwischenliegenden Wandabschnitte 13, 14, I5. Diese Behandlung kann eine Kaltverfestigung oder eine härtetechnische Vergütung sein. Die
Werkstoffkennwerte dürfen nicht bis zur Versprödung getrieben werden. Damit der Träger eine zur Fahrzeugmitte hin zunehmende Festigkeit aufweist - der Pfeil 16 weist nach außen zum Fahrzeugende hin -, sind die behandelten Bereiche zur
Fahrzeugmitte hin breiter als die mehr zum Fahrzeugende hin liegenden Bereiche. Das Verhältnis der Längen I₁₂ bzw. L.
der Bereiche 12 zu 15 (l /L ) ist größer als das entsprechende Verhältnis 1../L . der Bereiche 11 zu \h.

Die beiden Wandungsteile 8 und 9 sind mit zwei in Trägerlängsrichtung verlaufenden Flanschnähten 16 und 17 miteinander verbunden. Die den Verbund herstellenden Schweißpunkte sind nur in den behandelten Zonen 1o, 11, 12 angebracht, so daß in den dazwischenliegenden Nahtbereichen der Träger gegebenenfalls behinderungsfrei beulen kann.

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Claims

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Ansprüche

1/ Als Hohlprofil ausgebildeter Träger, insbesondere Längsträger, «ines Kraftfahrzeugrahmens, mit einem Stoßenergi· verzehrenden verformbaren Abschnitt, dessen Wandungen bereichsweise aufgrund einer die Festigkeit des Wandungswerkstoffes gegenüber unbehandelten Bereichen verändernden Behandlung dieser Bereiche unterschiedliche Festigkeitseigenschaften aufweisen, dadurch gekennzeichnet , daß in den behandelten Wandbereichen (io, 11, 12) eine höhere Festigkeit als in den unbehandelten Bereichen (Q 14, I5) (Grundfestigkeit) vorliegt.

2. Träger-nach Anspruch 1 mit streifenförmig in Umfangsrichtung des Trägers sich erstreckenden behandelten Bereichen, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand (L₁K* ^₁,) hintereinander mehrere behandelte Bereiche (io, 11, 12) am Träger (5» k) vorgesehen sind.

3. Träger nach -Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das je Bereich (io, 11, 12) feststellbare Verhältnis (J^/L^i 1₁₂/L ) von behandelter Fläche (I₁₁I I₁₂) zu angrenzender unbehandelter Fläche (L₁J,* L₁ ) vom Bereich (11) zu Bereich (12) in Richtung auf der Fahrzeugmitte zu liegenden Längspositionen des Trägere (5) zunimmt.

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k. Träger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der aus wenigstens zwei Profil- oder Blechteilen gebildet ist, die entlang von wenigstens in grober Näherung in Trägerlängsrichtung verlaufenden Flanschnähten miteinander zu einem geschlossenen Tragprofil verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschnähte (16, 17) lediglich im Bereich (io, 11, 12) der höheren Festigkeit geschlossen (18) und im übrigen unverschlossen sind.

5· Verfahren zum Herstellen eines Trägers nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß die für den Träger erforderlichen Blechzuschnitte (8, 9) vor dem Umformen des Bleches in die Profilform bereichsweise einer die Blechstärke nicht oder nur unwesentlich verändernden wenigstens einmaligen Kaltverfestigung, insbesondere einer Biegebehandlung unterzogen werden.

6. Verfahren zum Herstellen eines Trägers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das fertiggestellte Hohlprofil einer örtlich gezielten Wärmebehandlung zur Werkstoffvergütung unterzogen wird.

7· Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichne t , daß die Behandlung zur Erhöhung der Werkstoffestigkeit höchstens soweit ausgedehnt wird, daß der Werkstoff in den behandelten Bereichen noch fließfähig bei Raumtemperaturen bleibt.

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